CN113784599A - 散热组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种散热组件。散热组件包括冷凝器、蒸发器、气体导管与液体导管。冷凝器内具有冷凝空腔，冷凝器内具有相连的第一斜面和第二斜面，第一斜面位于冷凝空腔的侧壁与第二斜面之间，第一斜面的长度小于第二斜面的长度；一蒸发器包括一液态工作流体；气体导管的第一端连接到冷凝器，气体导管的第二端连接到蒸发器；液体导管的第一端连接到冷凝器，液体导管的第二端连接到蒸发器。

Description

散热组件
技术领域
本发明涉及一种散热组件，尤其涉及一种具有冷凝气及蒸发器的散热组件。
背景技术
一般电子产品(或光电产品)的电子元件或半导体元件于使用的状态下通常会产生大量的热能。为了避免电子元件或半导体元件的温度过高，而导致电子元件或半导体元件受损，因此通常会将散热装置安装于电子产品或光电产品中，以降低电子元件或半导体元件的工作温度，避免电子产品无法正常运作。
现有的虹吸式散热装置(thermal siphon)在使用时，蒸发器位于热源上，热源的热可传递至蒸发器中的水。水吸收热能后可变相为水蒸汽，且水蒸汽可透过汽相管输送至冷凝器，使水蒸汽在冷凝器中凝结成水。接着，在冷凝器凝结的水可利用液相管回流至蒸发器中。藉由以上循环热交换过程，可达到冷却热源的效果。
由于现有虹吸式散热装置多利用水蒸汽会上升，而液态水会因重力下降的原理，因此蒸发器与冷凝器通常为直立设计。也就是说。汽相管连接在蒸发器与冷凝器的顶部，而液相管连接在蒸发器与冷凝器的底部。然而如此一来，整个散热装置的高度便难以减小，而占据电子产品过多的空间，造成使用上的限制。此外，冷凝器通常由大量管路组成，使散热装置的制程复杂，造成制作成本及材料成本增加。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述至少一技术问题，本发明提供一种散热组件。
根据本发明一实施方式，一种散热组件包括冷凝器、蒸发器、气体导管与液体导管。冷凝器内具有相连的第一斜面和第二斜面，第一斜面位于冷凝空腔的侧壁与第二斜面之间，第一斜面的长度小于第二斜面的长度；一蒸发器包括一液态工作流体；气体导管的第一端连接到冷凝器，气体导管的第二端连接到蒸发器；液体导管的第一端连接到冷凝器，液体导管的第二端连接到蒸发器。其中该液体导管在该冷凝空腔中的几何中心位置较该冷凝空腔的几何中心位置低或相等；该液体导管在该蒸发空腔的几何中心位置较该蒸发空腔的几何中心位置低或相等；液体导管在冷凝空腔中的位置位于第二斜面上，第一斜面与第二斜面的连接处与冷凝空腔的侧壁之间的距离小于液体导管在冷凝空腔中的位置的中心点与冷凝空腔的侧壁之间的距离。
在本发明一实施方式中，该蒸发空腔具有连通的第一部分与第二部分，该第一部分位于该第二部分的边缘。
在本发明一实施方式中，在该冷凝空腔中的该液体导管的一端邻近于该第一斜面和该第二斜面的连接处。
在本发明一实施方式中，该第一斜面和该第二斜面之间具有一夹角，该夹角介于60度至179度。
在本发明一实施方式中，该液体导管倾斜地连接于该冷凝器与该蒸发器。
在本发明一实施方式中，该液体导管连接该冷凝器的一端高于该液体导管连接该蒸发器的一端。
在本发明一实施方式中，该液体导管与该蒸发器之间具有一夹角，该夹角介于0度至60度。
在本发明上述实施方式中，由于液体导管在冷凝空腔中的几何中心位置较冷凝空腔的几何中心位置低或相等，因此在冷凝空腔中凝结的工作流体会因重力而流动至液体导管，使得液体导管易于收集在冷凝器中的液态工作流体。
附图说明
图1绘示根据本发明一实施方式的散热组件的立体图。
图2绘示图1的散热组件沿线段2-2的剖面图。
图3绘示图2的散热组件使用时的剖面图。
图4绘示图1的散热组件沿线段4-4的剖面图。
图5绘示图4的散热组件使用时的剖面图。
图6绘示根据本发明另一实施方式的散热组件的剖面图，其剖面位置与图4相同。
图7绘示根据本发明又一实施方式的散热组件的立体图。
图8绘示图7的散热组件使用时沿线段8-8的剖面图。
其中，附图标记说明如下：
100、100a、100b：散热组件
110：冷凝器
112：冷凝空腔
113：表面
114：斜面
116：斜面
118：毛细结构
119：散热鳍片
120、120a：蒸发器
121、121a：蒸发空腔
122：第一部分
124：第二部分
126：侧壁
128：散热鳍片
130：气体导管
132：一端
134：一端
136：出气口
138：进气口
140、140a、140b：液体导管
141：入水口
142：一端
144：一端
146、146a：出水口
152：液态工作流体
153：液面
154：气态工作流体
2-2、4-4、8-8：线段
A：轴心
C1、C2、C3、C4：几何中心
D1、D2、D3：方向
d：距离
H：高度
L1、L2：长度
P：连接处
θ1：夹角
θ2：夹角
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些现有惯用的结构与组件在图式中将以简单示意的方式绘示之。
图1绘示根据本发明一实施方式的散热组件100的立体图。如图所示，散热组件100包括冷凝器110、蒸发器120、气体导管130与液体导管140。气体导管130的两端132、134分别连接冷凝器110与蒸发器120。液体导管140的两端142、144分别连接冷凝器110与蒸发器120，且液体导管140与气体导管130相隔距离d。在本实施方式中，冷凝器110、蒸发器120、气体导管130与液体导管140整体的俯视形状呈四边形，本发明不以此为限。
散热组件100在使用时，蒸发器120可设置于热源上，且蒸发器120与热源之间可设置吸热组件。热源的热可传递至蒸发器120中的液态工作流体(例如水)。液态工作流体吸收热能后可转变为气态工作流体(例如水蒸汽)，使气态工作流体可透过气体导管130输送至冷凝器110。冷凝器110可藉由外部散热组件，如鳍片，带走气态工作流体的热量，使气态工作流体在冷凝器110中凝结成液态工作流体。接着，在冷凝器110凝结的液态工作流体可利用液体导管140回流至蒸发器120中。藉由以上循环及热交换过程，可达到冷却热源的效果。
此外，冷凝器110与蒸发器120可分别具有辅助散热用的散热鳍片119、128，但并不用以限制本发明。在本实施方式中，散热鳍片119配置于冷凝器110上下相对二平面，散热鳍片128则配置于蒸发器120上方。
在以下叙述中，将说明散热组件100各组件的结构。
图2绘示图1的散热组件100沿线段2-2的剖面图。图3绘示图2的散热组件100使用时的剖面图。同时参阅图2与图3，冷凝器110其内具有冷凝空腔112。液体导管140的一端在冷凝空腔112中的几何中心C1位置较冷凝空腔112的几何中心C2位置低或相等。当气态工作流体154从气体导管130的出气口136进入冷凝器110的冷凝空腔112后，冷凝器110可藉由散热鳍片119带走气态工作流体154的热量，使气态工作流体154在冷凝空腔112凝结成液态工作流体152。利用液体导管140几何中心C1位置较冷凝空腔112的几何中心C2位置低或相等的设计，可让在冷凝空腔112中凝结的液态工作流体152会因重力而流动至液体导管140，使得液体导管140易于收集在冷凝器110中的液态工作流体152。
在本实施方式中，冷凝器110其内还具有相连的两斜面114、116，且两斜面114、116位于冷凝空腔112的底部。在冷凝空腔112中的液体导管140邻近于两斜面114、116的连接处P。需说明的是本实施例的连接处P可以是一个点，或是一个曲线线段，但并不用以限制本发明，可依设计者需求而定。
当气态工作流体154在冷凝空腔112凝结成液态工作流体152后，由于在冷凝空腔112中的液体导管140邻近于两斜面114、116的连接处P，因此在冷凝空腔112中凝结的液态工作流体152不仅可因重力沿着液体导管140两侧的两斜面114、116流至液体导管140的入水口141，且两斜面114、116的配置使冷凝空腔112减少流动死角，还可避免液态工作流体152堆积在冷凝器110冷凝空腔112的底部，特别是接近角落的位置。
举例来说，当气态工作流体154在液体导管140右侧的冷凝空腔112中凝结后，在液体导管140右侧形成的液态工作流体152可因重力被液体导管140右侧的斜面116导引至液体导管140中；当气态工作流体154在液体导管140左侧的冷凝空腔112中凝结后，在液体导管140左侧形成的液态工作流体152也可因重力被液体导管140左侧的斜面114导引至液体导管140中。
在本实施方式中，两斜面114、116之间夹角θ1，且此夹角θ1可介于60度至179度的范围，以利于两侧的液态工作流体152往液体导管140的方向流动。此外，斜面116的长度L2大于斜面114的长度L1，且具有较大长度L2的斜面116位于冷凝空腔112中的气体导管130与液体导管140之间。也就是说，具有较小长度L1的斜面114与冷凝空腔112中液体导管140之间的距离，小于较小长度L1的斜面114与冷凝空腔112中气体导管130之间的距离。这样的设计，大部分的气态工作流体154可在到达液体导管140前就已凝结成液态工作流体152，并沿斜面116流至液体导管140；而少部分的气态工作流体154仍可在液体导管140左侧凝结成液态工作流体152，并沿斜面114流至液体导管140。
此外，冷凝器110还可包括多个毛细结构118。毛细结构118位于冷凝器110朝向冷凝空腔112的表面113。毛细结构118可让气态工作流体154易于集中与凝结，提升散热效率，以加速液态工作流体152的形成速率。在本实施方式中，毛细结构118是位在冷凝器110顶部的表面113，但并不用以限制本发明，毛细结构118也可选择性设置于冷凝器110的侧壁表面、斜面114与斜面116上，依设计者需求而定。
图4绘示图1的散热组件100沿线段4-4的剖面图。图5绘示图4的散热组件100使用时的剖面图。同时参阅图4与图5，蒸发器120具有蒸发空腔121，且蒸发空腔121连通气体导管130及液体导管140。此外，液体导管140的一端在蒸发空腔121的几何中心C3位置较蒸发空腔121的几何中心C4位置低或相等。液体导管140具有在蒸发空腔121中的出水口146，且液体导管140的出水口146的高度H低于液态工作流体152的液面153。这样的设计，蒸发器120可利用调整液体导管140的出水口146高度H以控制液态工作流体152的液面153，预留蒸发空腔121的部分空间以供气态工作流体154逸散，以避免气态工作流体154与液态工作流体152流动路线冲突而减低散热效率。
当蒸发器120中的液态工作流体152吸收来自热源的热能后，可转变为气态工作流体154并飘升至蒸发空腔121的上半部，接着便可因压力因素而扩散进入气体导管130的进气口138。也就是说，蒸发空腔121的上半部作为气态工作流体154暂时的散逸空间，上下层液气分流设计能避免气态工作流体154与液态工作流体152在蒸发器120中产生冲突。
此外，在本实施方式中，液体导管140的出水口146方向为液体导管140的轴向，如图1的方向D1所示。然而，液体导管140的出水口146方向并不用以限制本发明。
应了解到，已叙述过的组件连接关系将不再重复赘述，合先叙明。在以下叙述中，将说明其他型式的散热组件的液体导管与蒸发器。
图6绘示根据本发明另一实施方式的散热组件100a的剖面图，其剖面位置与图4相同。散热组件100a包括冷凝器110(见图1)、蒸发器120、气体导管130与液体导管140a。与图4实施方式不同的地方在于：在蒸发空腔121中的液体导管140a的出水口146a沿液体导管140a的轴心A旋转。在本实施方式中，出水口146a的旋转方向为沿水平方向D2转至向上的垂直方向D3，例如图式示意的45度的出水口146a开口范围。
换句话说，液体导管140a的出水口146a方向为液体导管140a的径向。藉由图6的液体导管140a出水口146a的设计，可让液态工作流体152从液体导管140a流入蒸发空腔121时，是往远离且背对热源端的方向排出，以免与刚形成的气态工作流体154相冲突，而使得液态工作流体152无法流至热源端，例如往蒸发器120的侧壁126排出。因此，可进一步避免气态工作流体154(见图5)与液态工作流体152(见图5)在蒸发器120中流路产生冲突。
图7绘示根据本发明又一实施方式的散热组件100b的立体图。散热组件100b包括冷凝器110、蒸发器120a、气体导管130与液体导管140b。与图1实施方式不同的地方在于：液体导管140b倾斜地连接于冷凝器110与蒸发器120a，且液体导管140b连接冷凝器110的一端142的位置高于液体导管140b连接蒸发器120a的一端144的位置。如此一来，从冷凝器110流入液体导管140b的液态工作流体152(见图3)可因液体导管140b的高低差设计，提升往蒸发器120a方向流动的速度，提升输送效果。在本实施方式中，冷凝器110与蒸发器120a之间的液体导管140b与一水平面的夹角θ2可介于0度至60度的范围。
此外，在图1与图7的实施方式中，气体导管130均大致呈水平，但在其他实施方式中，气体导管130亦可采用类似液体导管140b的倾斜设计，也就是气体导管130连接冷凝器110的一端132的位置可高于气体导管130连接蒸发器120a的一端134的位置，以让在蒸发器120a中形成的气态工作流体154(见图3)可透过倾斜的气体导管130而较容易飘升至冷凝器110中。
图8绘示图7的散热组件100使用时沿线段8-8的剖面图。与图5实施方式不同的地方在于：蒸发空腔121a具有连通的第一部分122与第二部分124，且第一部分122大致位于第二部分124一侧的边缘上，因此第一部分122与第二部分124整体大致呈L形，但并不用以限制本发明。气体导管130连接于蒸发空腔121a的第一部分122。液体导管140b连接于蒸发空腔121a的第二部分124。如此一来，在蒸发器120a中的液态工作流体152其液面153高度便可由液体导管140b在蒸发空腔121a的第二部分124中的位置来控制，可确保蒸发器120a中的液态工作流体152容纳在蒸发空腔121a的第二部分124中，不会占据蒸发空腔121a的第一部分122的空间，进一步确保液气分流的效果。
当蒸发器120a中的液态工作流体152吸收来自热源的热能后，可转变为气态工作流体154并飘升至蒸发空腔121a的第一部分122中，接着便可因压力因素而扩散进入气体导管130的进气口138。也就是说，蒸发空腔121a的第一部分122可作为气态工作流体154暂时的散逸空间，能避免气态工作流体154与液态工作流体152在蒸发器120a中产生冲突。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然而并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种散热组件，包括：
一冷凝器，其内具有一冷凝空腔,该冷凝器内具有相连的第一斜面和第二斜面，第一斜面位于冷凝空腔的侧壁与第二斜面之间，第一斜面的长度小于第二斜面的长度；
一蒸发器，包括一液态工作流体；
一气体导管，该气体导管的第一端连接到冷凝器，该气体导管的第二端连接到蒸发器；
一液体导管，该液体导管的第一端连接到冷凝器，该液体导管的第二端连接到蒸发器；
其中该液体导管在该冷凝空腔中的几何中心位置较该冷凝空腔的几何中心位置低或相等；该液体导管在该蒸发空腔的几何中心位置较该蒸发空腔的几何中心位置低或相等；
液体导管在冷凝空腔中的位置位于第二斜面上，第一斜面与第二斜面的连接处与冷凝空腔的侧壁之间的距离小于液体导管在冷凝空腔中的位置的中心点与冷凝空腔的侧壁之间的距离。
2.如权利要求1所述的散热组件，其中该蒸发空腔具有连通的第一部分与第二部分，该第一部分位于该第二部分的边缘。
3.如权利要求1所述的散热组件，其中在该冷凝空腔中的该液体导管的一端邻近于该第一斜面和该第二斜面的连接处。
4.如权利要求1所述的散热组件，其中该第一斜面和该第二斜面之间具有一夹角，该夹角介于60度至179度。
5.如权利要求1所述的散热组件，其中该液体导管倾斜地连接于该冷凝器与该蒸发器。
6.如权利要求5所述的散热组件，其中该液体导管连接该冷凝器的一端高于该液体导管连接该蒸发器的一端。
7.如权利要求5所述的散热组件，其中该液体导管与该蒸发器之间具有一夹角，该夹角介于0度至60度。
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